Incremental Evolution

2.6.1.- Historia de energías de Corrientes de Marea

Anteriormente la solución tecnológica para aprovechar este recurso era distinta, ya que se construía un embalse que almacenaba el agua proveniente de las corrientes, para luego entregar de vuelta el agua a través de una turbina convencional hidroeléctrica.

Basado en este concepto, se construyó una central de 240 MW a mediados de los años 60 en Francia La Rance. Además, dentro de la misma época, se construyó un proyecto en Rusia de 500 kW y otro proyecto de 20 MW en Annapolis Royal en Nova Scotia, Canadá. Para que estos proyectos fueran rentables era necesario hacerlos producir varias cantidades de MWh, lo que traía consigo impactos ambientales negativos en el ecosistema, y que finalmente terminó por desechar esta alternativa de generación.

Una nueva idea empezó a ser desarrollada durante la década del 90, ya que ahora se pensó utilizar esta energía de manera distinta, de forma similar a como lo hace una turbina eólica pero sumergida en el agua. Un ejemplo de ellas son las turbinas marinas desarrolladas por Marine Currents Turbines, y que se ilustran en la Figura 16.

Figura 16: Ilustración del concepto desarrollado por MCT. Fuente: www.marineturbines.com

2.6.2.- Clasificación de soluciones tecnológicas de Corrientes de Marea

Esta tecnología tiene la ventaja de que aprovecha el desarrollo que ha dejado la investigación en tecnologías para extraer el recurso eólico. También se puede aprovechar la clasificación que existe para las turbinas eólicas.

La clasificación resultante se puede resumir en los siguientes grupos:

• Según tipo de turbina

2.6.2.1.-Clasificación Según Tipo de Turbina

Según esta clasificación se pueden encontrar dos grupos:

• Turbinas de eje vertical, consisten en aquellas turbinas en las cuales el eje es perpendicular a la dirección del flujo de Corriente. Ellas se pueden dividir en dos subgrupos:

o Turbina tipo Savonius, la cual consiste en álabes curvados en forma de

S.

o Turbina tipo Darrieus, las que consisten de dos perfiles verticales de

forma parabólica. También en una de sus variantes tiene forma de H.

• Turbinas de eje horizontal, consisten en aquellas turbinas en las cuales el eje es horizontal al flujo de corriente. Este tipo de turbinas es similar al utilizado actualmente para extraer el recurso eólico.

2.6.2.2.-Clasificación Según Profundidad de Operación

Esta clasificación separa las soluciones tecnológicas en tres grupos:

• Flotantes: En las cuales las aspas de las turbinas estarán bajo una boya.

• Sumergidos a una profundidad cercana a la superficie del océano, las cuales operan de forma similar a un volantín, ya que están sujetas sólo al lecho marino.

• Fundadas o apoyadas sobre el lecho marino, donde es necesario realizar fundaciones para una adecuada instalación. Este grupo se puede separar en dos subgrupos:

o Los instalados con estructuras que sobresalen de la superficie del

Océano, los denominados tipo “piercing”.

o Los instalados con estructuras que no sobresalen de la superficie del

océano, las que pueden ser lo suficientemente profundas como para que no sean dañadas por los barcos.

2.6.3.- Cálculo del recurso energético de Corrientes de Marea

La metodología de Corrientes de Marea consiste en determinar la cantidad de energía cinética que se puede extraer de una sección transversal del canal.

La potencia “P” por unidad de área sobre una turbina sumergida, está dada por la siguiente ecuación: 3 2 1 Watts 2 _m P U A ρ     = ⋅ ⋅         (2.2)

Donde A es el área de la turbina perpendicular al flujo de corriente.

ρ es la densidad del agua en kilogramos por metro cúbico (1000 kg ₃

m para agua dulce y 1025 kg ₃

m para agua salada)

Para Corrientes de Marea, U varía con el tiempo de manera predecible, también se puede decir que U depende de la profundidad bajo la superficie del mar y del lugar a lo ancho del canal. Valores típicos de U son de 2 m/s.

Las Corrientes de Marea en un sitio particular se caracterizan por una distribución de velocidades. Una vez que la distribución de velocidades es conocida para un lugar en particular, se calcula la densidad de potencia para cada una de ellas para luego ser ponderadas por su ocurrencia. De esta manera se obtiene la densidad de potencia promedio para ese lugar, la cual corresponde al potencial energético de Corrientes de Marea de esa zona. En el Anexo B se describe una manera de calcular la distribución de velocidades.

Para limitar el impacto ambiental se debe extraer una menor cantidad de potencia que la calculada en (2.2). A continuación se describen dos metodologías que toman esto en consideración para calcular el recurso energético total del canal.

2.6.4.- Técnica clásica

Ésta es la técnica convencional en la que se asumía un factor de multiplicación denominado SIF (Significant Impact Factor) para limitar el impacto ambiental. Pero con esta aproximación resultaba confuso explicar por que el cálculo no se realizaba para una sola valla marina, ya que el flujo de corriente se debiera recuperar después de cierto trayecto y la ecuación (2.2) pudiera ser utilizada. Cabe indicar que el impacto ambiental nunca puede llegar a ser positivo.

Con esta técnica se intenta explicar que si uno utiliza un SIF en un rango de 0.1 a 0.3 no afectaría de forma significativa el flujo de corriente, pero aquello era sólo opinión de expertos, la cual no estaba fundamentada por un análisis teórico.

2.6.5.- Técnica desarrollada por el Profesor Bryden

Esta técnica es muy reciente [Bryden, 2007] y pretende explicar cómo se obtiene el SIF con fundamentos teóricos.

Después de un análisis utilizando la teoría de canales abiertos, para un canal de sección rectangular, se llega a la siguiente relación:

2 3 4 2 3 1 2 2 Watts 1 2 3 3 m g n L P U R ρ  _{⋅ ⋅ ⋅}  _{ }   = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + _{ }   _{ }   (2.3)

Como se puede observar, se llega a la misma ecuación (2.2), con un factor adicional que depende sólo de las propiedades del canal (parámetros n,R,L) el cual correspondería al SIF que anteriormente se utilizaba. Estos parámetros son respectivamente:

n = el coeficiente de fricción de Manning R = el radio hidráulico del canal

L = el largo del canal

Cabe indicar que este factor asume que se reducirá el flujo en 3 veces su velocidad aunque este supuesto deberá responder a un análisis de impacto ambiental.

Hay que destacar que este factor depende de las propiedades físicas del canal y puede ser incluso mayor que 1.